CN101608963B - 一种爆震检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种爆震检测装置，包括设置有爆震传感器模块、转速传感器模块和爆震检测模块。爆震传感器模块将气缸内燃料燃烧驱动活塞做功的震动转化为信号传输至爆震检测模块；同时转速传感器模块将转速信号也传输至爆震检测模块；爆震检测模块对输入的信号进行处理，并输出控制信号至点火模块以修正点火提前角，或者发出报警信号报警。爆震检测模块可以包括设置有采样单元、接收单元、处理器单元和输出单元，还可以设置有报警输出单元，处理器单元发出采样指令，通过采样单元进行采样、接收单元接收和传输，并对输入的信号进行处理，输出控制信号。具有检测控制精确、价格便宜等特点。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机领域，特别是涉及一种内燃机的爆震检测装置。
背景技术
现有技术中，内燃机是车辆、船舶等交通工具的主要动力装置，通过内燃机工作产生驱动力以驱动交通工具运行。内燃机的燃料与吸入的空气混合雾化形成混合燃气，混合燃气在气缸内受到压缩并使之燃烧以驱动活塞做功。一般内燃机的爆震检测系统可以控制内燃机的点火提前角接近爆震临界点，避免内燃机发生强烈爆震，使内燃机具有更好的动力性能和经济性能、以及安全可靠性更高。同时还可以减小因制造公差、环境变化和磨损等因素而造成的影响。因此，爆震检测系统对于内燃机而言是至关重要的，爆震检测系统的性能优劣直接影响内燃机的工作性能。针对此种情况，提供一种检测准确、价格便宜的内燃机的爆震检测装置甚为必要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种检测准确、价格便宜的爆震检测装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种爆震检测装置，包括设置有：
爆震传感器模块，包括有爆震传感器、其探头设置于气缸壁，所述爆震传感器模块用于将气缸内燃料燃烧驱动活塞做功时的震动转化为信号输出；
转速传感器模块，用于获取内燃机的转速信号，并将所述信号输出；
爆震检测模块，用于对输入的所述爆震传感器模块的信号和所述转速传感器模块信号进行处理，并输出控制信号至点火模块，作为点火模块点火提前角的修正信号。
优选的，上述爆震检测模块是输出的控制信号为电流信号的爆震检测模块。
更优选的，上述爆震检测模块是输出的控制信号为4～20mA电流信号的爆震检测模块。
另一优选的，上述爆震检测模块包括设置有：
采样单元，用于对内燃机的状态参数信号进行采样；
接收单元，接收内燃机的状态参数信号，并将所述状态参数信号输至处理器单元，以对所述状态参数信号进行处理，并输出控制信号至输出单元，以将所述控制信号输至点火模块。
更优选的，上述状态参数信号包括所述爆震传感器模块的电压信号和所述转速传感器模块的信号。
另一更优选的，上述处理器单元与所述采样单元连接，所述处理器单元发出指令驱动所述采样单元工作，所述采样单元以一定时间间隔对内燃机的状态参数信号进行采样。
另一更优选的，上述爆震检测模块设置有报警输出单元，所述报警输出单元与所述处理器单元连接，并根据所述处理器单元输出的信号工作。
另一更优选的，上述输出单元设置有DA转换器与所述处理器单元的接口，并设置有精密基准电源，经过V/I转换，隔离输出4～20mA电流信号至点火模块。
另一优选的，上述爆震传感器模块包括设置有HIP9011电路和所述爆震传感器，所述爆震传感器与所述HIP9011电路的输入通道连接，所述爆震传感器传输的信号通过HIP9011电路进行调理，经输入多路开关、输入防混叠滤波器、增益可编程的放大器、截止频率为1.22KHz～19.98KHz之间的64级可编程滤波器、主动全波整流电路、积分时间为40us～600us之间的32级可编程积分器和缓冲驱动电路，将爆震传感器的传输的信号经过滤波、放大之后，转变为0～5V之间的信号输出。
另一优选的，上述转速传感器模块设置有运算放大器和电压正反馈电路构成的滞回比较器及两个二极管，所述两个二极管可将传输的信号箝位在0～5V之间，所述滞回比较器确保输出0～5V的方波信号。
本发明的爆震检测装置通过爆震传感器模块设置在气缸壁的爆震传感器的探头将汽缸内燃料燃烧驱动活塞做功的震动信号传输至爆震检测模块，通过转速传感器模块将转速信号也传输至爆震检测模块，爆震检测模块对这些输入的信号进行处理，并输出控制信号至点火模块，对点火模块的点火提前角进行修正。爆震检测模块设置的处理器单元以一定时间间隔发出采样指令，驱动采样单元对内燃机的状态参数信号进行采样，所设置的接收单元接收爆震传感器模块和转速传感器模块传输的信号，通过处理器单元对信号进行处理，并输出控制信号。处理器单元通过对内燃机爆震的判定和爆震强度的计算，输出控制信号以驱动点火模块的点火电路，修正点火提前角，通过点火线圈和火花塞，完成对气缸内混合燃气的点火。另外，爆震检测模块还可以设置有报警输出单元，用于当内燃机处于严重爆震状态，仅靠推迟点火提前角不能有效控制的时候，发出报警，提醒操作人员应急处理。因此，本发明的爆震检测装置具有能够及时检测内燃机的工作状态，及时修正点火提前角，检测控制精确的优点。另外，本发明的爆震检测装置结构简单，成本低廉，使用和生产都很方便。
附图说明
结合附图对本发明作进一步的描述，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明一种爆震检测装置的结构示意图，
图2是图1的具体结构示意图，
图3是一种具有两路发动机爆震检测装置的结构示意图，
图4是图3的电源的电路结构图；
图5是图3的爆震检测模块的电路结构图；
图6是图3的转速传感器模块的电路结构图；
图7是图3的处理单元的电路结构图；
图8是图3的输出单元的电路结构图；
图9是图3的报警单元的电路结构图。
在图1、图2和图3中包括有：
爆震传感器模块1、转速传感器模块2、爆震检测模块3、点火模块4、采样单元31、接收单元32、处理器单元33、输出单元34、报警输出单元35、爆震传感器模块101、爆震传感器模块102、转速传感器模块201、转速传感器模块202、爆震检测模块30、点火模块40、采样单元301、接收单元302、处理器单元303、输出单元304、报警输出单元305。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步的描述。
本发明的一种爆震检测装置如图1、图2所示，包括设置有爆震传感器模块1、转速传感器模块2、爆震检测模块3及点火模块4。爆震传感器模块1通过其爆震传感器的探头设置于内燃机的气缸壁，将气缸内燃料燃烧驱动活塞做功时的震动转化为电压信号，并将该电压信号传输至爆震检测模块3。转速传感器模块2用于获取内燃机的转速信号，并将该信号传输至爆震检测模块3，该信号一方面可以反映内燃机的转速情况，另一方面也可以通过其同时了解气缸是否进入压缩、点火环节，以便爆震检测模块3作出判断。爆震检测模块3通过对上述输入的电压信号和转速信号进行处理，并输出4～20mA的电流控制信号至点火模块4，对点火模块4的点火提前角进行修正；如果内燃机处于严重爆震，仅靠推迟点火提前角不能有效控制时，爆震检测模块3会输出报警命令，使得报警单元35发出报警，提醒操作人员紧急处理。
爆震检测模块3还可以包括设置有采样单元31、接收单元32、处理器单元33和输出单元34，还可以设置有报警输出单元35。处理器单元33以一定时间间隔对采样单元发出指令，采样单元31收到指令后开始对内燃机的状态参数信号进行采样，该状态参数信号包括爆震传感器模块1的电压信号和转速传感器模块2的信号。接收单元32将这些状态参数信号接收，并将该状态参数信号传输至处理器单元33。处理器单元33对该状态参数信号进行处理，通过对内燃机爆震的判断和爆震强度的计算，输出控制信号，以驱动点火模块4修正点火提前角，并通过点火线圈和火花塞，完成对气缸内混合燃气的点火。如果处理器单元33对输入的状态参数信号进行处理后，判断内燃机处于严重爆震状态，仅靠推迟点火提前角不能有效控制时，爆震检测模块3即输出报警信号，使得报警单元35发出报警，提醒操作人员紧急处理。
本发明的一种爆震检测装置如图3所示，这是一种具有两路内燃机爆震检测的爆震检测装置，可以应用到发电机机组(包括柴油机及其他燃气内燃机的发电机机组)、汽车发动机等内燃机的爆震检测与控制，其输出的控制信号可以输入到点火模块40作为点火提前角的修正信号。该爆震检测装置包括设置有爆震传感器模块101和爆震传感器模块102、转速传感器模块201和转速传感器模块202、爆震检测模块30及点火模块40。爆震传感器模块101和爆震传感器模块102分别通过各自设置于气缸壁的爆震传感器的探头将各自气缸内燃料燃烧驱动活塞做功时的震动转化为电压信号，将此电压信号传输至爆震检测模块30。转速传感器模块201和转速传感器模块202用于获取各自的内燃机的转速信号，并将各自的转速信号传输至爆震检测模块30。爆震检测模块30通过对上述输入的电压信号和转速信号进行处理，并输出控制信号至点火模块40，对点火模块40的点火提前角进行修正。爆震检测模块30可以包括设置有采样单元301、接收单元302、处理器单元303和输出单元304及报警输出单元305。处理器单元303以一定时间间隔对采样单元301发出指令，采样单元301收到指令后开始对内燃机的状态参数信号进行采样，该状态参数信号包括爆震传感器模块101和爆震传感器模块102的电压信号及转速传感器模块201和转速传感器模块202的转速信号。接收单元302将上述状态参数信号接收，并将这些状态参数传输至处理器单元303。处理器单元303对这些状态参数信号进行处理，通过对各自的内燃机爆震的判断和爆震强度的计算，输出控制信号，以驱动点火模块40修正点火提前角，并通过各自的点火线圈和火花塞，完成对气缸内混合燃气的点火。如果处理器单元303对输入的状态参数信号进行处理后，判断内燃机处于严重爆震状态，仅靠推迟点火提前角不能有效控制时，爆震检测模块30会输出报警信号，使得报警单元305发出报警，提醒操作人员紧急处理。
具有两路内燃机爆震检测的爆震检测装置的电路结构包括设置有电源电路、爆震传感器模块电路、转速传感器模块电路、处理器单元电路、输出单元电路和报警单元电路。
电源的电路结构如图4所示，电源电路采取多级滤波以增强其抗干扰能力。由于电源噪声干扰和接地干扰是引起供电系统干扰的两个主要来源，因此可以采用多级滤波的技术措施来增强抗干扰能力。为了抑制电源噪声干扰，可以在电源输入端加接滤波电容，还可以在电源线和地线之间分段跨接去耦电容。电源电路分级加上各阶次的电容，以此滤掉各频率的毛刺电压干扰。接地干扰是由于多点接地时，两接地点的电位不为零，并存在一个电位差，此电位差与电路的输入输出电压耦合而形成干扰，或者由于两个电路经公共地线接地时，两个电路的电流不同而产生干扰。为抑制地线干扰，可以采取了如下抗干扰措施：采用一点接地，消除电位影响；模拟地与数字地分开；地线采用网状分布，避免形成环路；加粗地线降低内阻等措施。
爆震传感器模块的电路结构如图5所示，两只爆震传感器分别通过HIP9011电路的两个输入通道连接。该爆震传感器模块电路传输的信号通过HIP9011电路进行调理，经输入多路开关、输入防混叠滤波器、增益可编程的放大器、截止频率为1.22KHz～19.98KHz之间的64级可编程滤波器、主动全波整流电路、积分时间为40us～600us之间的32级可编程积分器和缓冲驱动电路，将传输的信号经过滤波、放大之后，转变为0～5V之间的模拟信号输出到处理器电路。
转速传感器模块的电路结构如图6所示，转速传感器模块电路用于接收内燃机的转速信号，并将该转速信号传输至处理器单元电路，该电路设置有运算放大器和电压正反馈电路构成的滞回比较器及两个二极管。由于当前市场上的点火模块有的采用霍尔传感器，有的采用磁电式传感器，该转速传感器模块电路可兼容两种传感器。该电路中两个二极管可将输入信号箝位在约0～5V之间，运算放大器LM393AN以及引入的电压正反馈电路构成滞回比较器，保证输出为0～5V的方波信号。
处理器单元的电路结构如图7所示，处理器单元电路对输入的信号进行处理，通过对内燃机爆震的判断和爆震强度的计算，并通过输出单元电路输出控制信号，以驱动点火单元40修正点火提前角。
输出单元的电路结构如图8所示，输出单元电路采用DA转换器与处理器单元电路接口，并采用精密基准电源，再经过V/I转换，隔离输出4～20mA电流信号。该电流信号作为处理器单元电路的输出，点火单元40的输入。
如果处理器单元电路对输入的信号进行处理后，判断内燃机处于严重爆震状态，仅靠推迟点火提前角不能有效控制时，处理器单元电路会输出报警信号，驱动报警单元电路工作，发出报警提醒操作人员紧急处理。报警单元的电路结构如图9所示，报警单元电路以高低电平，开关信号继电器输出，指示报警。电路结构简单。
上述两路内燃机爆震检测的爆震检测装置的电路在设计时，还考虑了下列硬件抗干扰措施：
1.空间电磁干扰的防护措施
针对环境空间辐射电磁波干扰，采取一些屏蔽措施来抑制电磁波的干扰，具体做法是：传输信号线采用带金属屏蔽层的双绞线，功能单元采用金属盒屏蔽。
2.过程通道干扰的防护措施
采用光电耦合器光电隔离处理器与传感器之间电气联系；光耦数字端和模拟端分开供电；利用积分电路滤除高频干扰信号。
3.电路板设计中采用的抗干扰措施
尽可能使布线与器件的排列合理，各器件之间连线尽可能短；信号线之间尽可能避免长距离平行走线；电源线、地线的走向尽量与数据传递的方向一致，以增强系统的抗噪声能力；输入输出电路应分开，因为输入信号易受大功率输出信号影响，分开布置可以减少干扰；本系统中处理器的未用管脚都按逻辑要求接地或接正电源，使其免受外部干扰；电缆和插件板的转接接口应插牢，避免因接触不良产生放电火花而形成干扰。
4.供电系统干扰的防护措施
电源噪声干扰和接地干扰是供电系统干扰的两个主要来源。为了抑制电源噪声，在电路板上电源输入端加接滤波电容，在电源线和地线之间分段跨接去耦电容。电源电路分级加上各阶次的电容，以滤掉各频率的毛刺电压干扰。
接地干扰是由于多点接地时，两接地点的电位不为零，并存在一个电位差，此电位差与电路的输入输出电压耦合而形成干扰，或者由于两个电路经公共地线接地时，两个电路的电流不同而产生干扰。为抑制地线干扰采取了如下抗干扰措施：采用一点接地，消除电位影响；模拟地与数字地分开；地线采用网状分布，避免形成环路；加粗地线降低内阻。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种爆震检测装置，其特征在于：包括设置有：
爆震传感器模块，包括有爆震传感器、其探头设置于气缸壁，所述爆震传感器模块用于将气缸内燃料燃烧驱动活塞做功时的震动转化为信号输出；
转速传感器模块，用于获取内燃机的转速的信号，并将所述信号输出；
爆震检测模块，用于对输入的所述爆震传感器模块的信号和所述转速传感器模块信号进行处理，并输出控制信号至点火模块，作为点火模块点火提前角的修正信号；所述爆震检测模块是输出的控制信号为4～20mA电流信号的爆震检测模块；
所述爆震传感器模块包括设置有HIP9011电路和所述爆震传感器，所述爆震传感器与所述HIP9011电路的输入通道连接，所述爆震传感器传输的信号通过HIP9011电路进行调理，经输入多路开关、输入防混叠滤波器、增益可编程的放大器、截止频率为1.22KHz～19.98KHz之间的64级可编程滤波器、主动全波整流电路、积分时间为40us～600us之间的32级可编程积分器和缓冲驱动电路，将爆震传感器的传输的信号经过滤波、放大之后，转变为0～5V之间的信号输出。
2.根据权利要求1所述的爆震检测装置，其特征在于：所述爆震检测模块包括设置有：
采样单元，用于对内燃机的状态参数信号进行采样；
接收单元，接收内燃机的状态参数信号，并将所述状态参数信号输至
处理器单元，以对所述状态参数信号进行处理，并输出控制信号至
输出单元，以将所述控制信号输至点火模块。
3.根据权利要求2所述的爆震检测装置，其特征在于：所述状态参数信号包括所述爆震传感器模块的电压信号和所述转速传感器模块的信号。
4.根据权利要求2所述的爆震检测装置，其特征在于：所述处理器单元与所述采样单元连接，所述处理器单元发出指令驱动所述采样单元工作，所述采样单元以一定时间间隔对内燃机的状态参数信号进行采样。
5.根据权利要求2所述的爆震检测装置，其特征在于：所述爆震检测模块设置有报警输出单元，所述报警输出单元与所述处理器单元连接，并根据所述处理器单元输出的信号工作。
6.根据权利要求2所述的爆震检测装置，其特征在于：所述输出单元设置有DA转换器与所述处理器单元的接口，并设置有精密基准电源，经过V/I转换，隔离输出4～20mA电流信号至点火模块。
7.根据权利要求1所述的爆震检测装置，其特征在于：所述转速传感器模块设置有运算放大器和电压正反馈电路构成的滞回比较器及两个二极管，所述两个二极管可将传输的信号箝位在0～5V之间，所述滞回比较器确保输出0～5V的方波信号。
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| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: GUANGDONG LIYU NEW ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: DONGGUAN LIYU GAS POWER CO.,LTD. |
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 523935, Guangdong power Amperex Technology Limited, 88 Xin'an Road, East community, Humen Town, Dongguan, Guangdong Patentee after: Liyu New Energy Science & Technology Co., Ltd. Address before: 88 No. 523935 Guangdong province Dongguan city Humen town Ludongxinan Avenue Patentee before: Dongguan Liyu Gas Power Co., Ltd. |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20091223 Assignee: Liyu Gas Power Co., Ltd Assignor: Liyu New Energy Science & Technology Co., Ltd. Contract record no.: 2014430000122 Denomination of invention: Detonation detection device Granted publication date: 20110126 License type: Exclusive License Record date: 20140707 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: HUNAN LIYU GAS POWER CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: GUANGDONG LIYU NEW ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20150828 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150828 Address after: Yuelu District City, Hunan province 410000 Changsha Changsha Hunan high tech Development Zone Lugu Road No. 662 Building No. 155 software Patentee after: Liyu Gas Power Co., Ltd Address before: 523935, Guangdong power Amperex Technology Limited, 88 Xin'an Road, East community, Humen Town, Dongguan, Guangdong Patentee before: Liyu New Energy Science & Technology Co., Ltd. |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Knock detection device Effective date of registration: 20220119 Granted publication date: 20110126 Pledgee: Dongguan rural commercial bank Limited by Share Ltd. Humen branch Pledgor: HUNAN LIYU GAS POWER CO.,LTD. Registration number: Y2022980000801 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |